一种笔形束扫描束流位置快速校正装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种笔形束扫描束流位置快速校正装置和方法，该装置的特点是：在扫描磁铁SMX前，还依次安装有快速校正磁铁；所述扫描控制器设有基于神经网络的束流位置预测模块，该束流位置预测模块保存有训练好的神经网络参数，该训练好的神经网络参数用于束流位置预测模块综合所有位置反馈结构反馈的信息；该方法特点是：判定预测位置及反馈位置均大于最小调节值且大于误差阈值，如果是，则控制快速校正磁铁电流，校正束流位置；如果不是，则判断位置误差大于误差阈值、并判定目标剂量达到且照射过程结束。本发明专利技术既考虑了局部位置误差又结合神经网络结合多种参数判定的整体位置误差，从而在避免了局部误差波动导致的不必要调节。从而在避免了局部误差波动导致的不必要调节。从而在避免了局部误差波动导致的不必要调节。

【技术实现步骤摘要】
一种笔形束扫描束流位置快速校正装置及方法


[0001]本专利技术属于回旋加速器质子治疗领域，具体涉及一种笔形束扫描束流位置快速校正装置及方法。

技术介绍

[0002]质子束扫描是质子治疗的最终也是非常重要的环节，是直接将质子束流传送到人体肿瘤细胞的最终过程。束流扫描的原理是质子受洛伦兹力的作用，即质子在磁场作用下发生偏转，这样笔形束在(x，y)平面中的位置可由扫描磁铁进行调节。
[0003]目前现有技术的普遍做法，是在笔形束扫描照射过程中，如果照射位置出现偏差且超出误差阈值时，通过实时扫描控制器快速切断束流以停止照射过程，从而防止将不必要的剂量照射到非指定位置，也保护健康细胞和组织避免接收不必要的剂量。
[0004]现有技术笔形束扫描照射存在的问题之一：对扫描磁铁的调节范围比较大，当调节范围比较大时，如果再加上闭环调节的引入，可能会使得原系统不稳定从而引起更大的风险。现有技术笔形束扫描照射存在的问题之二：束流经过的所有位置反馈机构都会存在系统误差或不确定误差，当位置反馈机构的累计误差或者不确定误差引起的不必要位置误差过大时，导致照射过程中断，从而增加了照射过程中的错误率。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对现有技术提出的问题，提出一种笔形束扫描束流位置快速校正装置及方法，目的在于解决现有技术对扫描磁铁的调节范围比较大，致使闭环调节的引入使得原系统不稳定、以及当累计误差或者不确定误差过大时，导致照射过程中的错误率较大的问题。
[0006]本专利技术为解决其技术问题，采用以下技术方案：
[0007]一种笔形束扫描束流位置快速校正装置，沿着束流进入的方向，依次包括：用于实现束流X方向偏转的X方向扫描磁铁SMX及其电源、用于实现束流Y方向偏转Y方向扫描磁铁SMY及其电源、用于对X方向扫描磁铁和和Y方向扫描磁偏转后的束流位置和剂量进行读取的条带电离室IC1和条带电离室IC2、用于对扫描磁铁电流进行设定并对扫描磁铁的电流值、电压值、磁场值、束流位置和束流剂量进行实时监控的扫描控制器；其特征在于：
[0008]在扫描磁铁SMX前，还依次安装有快速校正磁铁、以及条带电离室IC3；所述快速校正磁铁用于在调节扫描磁铁之前进行提前校正，降低了对扫描磁铁调节范围和对系统的影响，避免了因闭环调节的引入造成原系统的不稳定性；所述条带电离室IC3用于对快速校正磁铁校正后的束流位置和剂量进行读取；
[0009]所述扫描控制器设有基于神经网络的束流位置预判模块，该束流位置预测模块保存有训练好的神经网络参数，该训练好的神经网络参数用于束流位置预测模块综合所有位置反馈结构反馈的信息，既考虑了局部位置误差，又通过神经网络结合多种参数进行整体位置误差判定，从而避免了局部误差波动导致的不必要调节，保证了系统自身的位置稳定
性。
[0010]所述的扫描控制器包括扫描磁铁电流设定模块、局部位置实时监控模块，基于神经网络的束流位置预判模块；所述扫描磁铁电流设定模块接收上位机发送的扫描数据文件并按照扫描数据对扫描磁铁电流进行设定以实现固定位置固定剂量的束流照射在目标靶体上，所述的扫描数据文件包括等中心平面处束流位置坐标设定值(x
set
,y
srt
)；所述局部位置实时监控模块对扫描磁铁的电流/电压值、磁铁内霍尔探头测量的磁场值、以及电离室的束流位置/剂量等数据进行实时监测；所述的基于神经网络的束流位置预判模块接收扫描磁铁电流设定模块、以及局部位置实时监控模块的信息，进行束流位置的预判。
[0011]所述基于神经网络预测模型的束流位置预测模块，包括局部位置误差判定模块、整体位置误差判定模块、调节决策模块；所述调节决策模块引入部位置误差判定结果、以及整体位置误差判定结果，当局部位置误差判定、整体位置误差判定，二者全部满足大于最小调节量且小于最大位置误差时，将这个误差作为等中心点处的位置误差，最终引入调节过程。
[0012]所述整体位置误差判定模块包括读取神经网络输入参数子模块、训练好的神经网络及参数子模块、整体位置误差判定子模块、接收扫描磁铁电流设定值子模块；所述读取神经网络输入参数子模块用于读取以下七个参数：束流能量E、安装在扫描铁上的霍尔探头测量到的两扫描铁的磁场值Bp_x和Bp_y、第一个电离室IC1监测到的束流位置坐标点IC1_x和IC1_y、第二个电离室IC2监测到的束流位置坐标IC2_x和IC2_y，这7个参数作为训练好的神经网络的输入层；所述训练好的神经网络及参数子模块读取神经网络输入参数子模块的7个参数，并接收学习阶段神经网络训练好的网络权值和阈值；所述整体位置误差判定子模块一方面根据训练好的神经网络输出的等中心平面处束流位置坐标预测值(x
iso
,y
iso
)，也即为神经网络的输出层、一方面根据接收扫描磁铁电流设定值子模块设定的等中心平面处束流位置设定值(x
set
,y
srt
)，从而最终计算出整体位置误差。
[0013]所述扫描控制器的调节决策模块针对束流位置预测模块计算出的对应在等中心点处的位置误差，然后根据误差值控制快速校正磁铁的电源电流，进而对束流位置进行校正；每次输出电流调节范围做限制不超过最大值
△
Imax
‑
E，具体输出电流如下：
[0014]△
Iadj
‑
i＝
△
Imax
‑
E*erri*f，
[0015]其中，
△
Iadj
‑
i为调节输出电流变化量，erri为位置误差与最大调节误差比值，f为修正系数(0～1)。
[0016]所述用于神经网络学习阶段的输入输出参数设置子模块的输入层、输出层、隐含层的设置如下：
[0017]1)输入层为与束流位置相关的7维变量数组：
[0018](E,Bp_x,Bp_y,IC1_x,IC1_y,IC2_x,IC2_y)
[0019]其中E为束流能量，Bp_x和Bp_y为安装在扫描铁上的霍尔探头测量到的两扫描铁的磁场值，IC1_x和IC1_y为第一个电离室IC1监测到的束流位置坐标点，IC2_x和IC2_y为第二个电离室IC2监测到的束流位置坐标；
[0020]2)输出层为等中心平面处束流的位置坐标(xiso,yiso)；
[0021]3)隐含层节点数目的确定参考如下公式：
[0022][0023]式中，h为隐含层节点数目，m为输入层节点数目，n为输出层节点数目，a为1到10之间的调节常数。因此选择隐含层节点个数为10，建立起网络的模型，并最终确定模型参数，输入层7个节点，隐含层10个节点，输出层2个节点。
[0024]所述快速校正磁铁通过其电源输出电流值的变化产生相应的磁场，从而实现对束流位置的偏转和校正；所述快速校正磁铁的最终位置校正最大范围为
±
0.8mm，用以保证在实时调节过程中对束流位置的调节量在安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种笔形束扫描束流位置快速校正装置，沿着束流进入的方向，依次包括：用于实现束流X方向偏转的X方向扫描磁铁SMX及其电源、用于实现束流Y方向偏转Y方向扫描磁铁SMY及其电源、用于对X方向扫描磁铁和和Y方向扫描磁偏转后的束流位置和剂量进行读取的条带电离室IC1和条带电离室IC2、用于对扫描磁铁电流进行设定并对扫描磁铁的电流值、电压值、磁场值、束流位置和束流剂量进行实时监控的扫描控制器；其特征在于：在扫描磁铁SMX前，还依次安装有快速校正磁铁、以及条带电离室IC3；所述快速校正磁铁用于在调节扫描磁铁之前进行提前校正，降低了对扫描磁铁调节范围和对系统的影响，避免了因闭环调节的引入造成原系统的不稳定性；所述条带电离室IC3用于对快速校正磁铁校正后的束流位置和剂量进行读取；所述扫描控制器设有基于神经网络的束流位置预判模块，该束流位置预测模块保存有训练好的神经网络参数，该训练好的神经网络参数用于束流位置预测模块综合所有位置反馈结构反馈的信息，既考虑了局部位置误差，又通过神经网络结合多种参数进行整体位置误差判定，从而避免了局部误差波动导致的不必要调节，保证了系统自身的位置稳定性。2.根据权利要求1所述一种笔形束扫描束流位置快速校正装置，其特征在于：所述的扫描控制器包括扫描磁铁电流设定模块、局部位置实时监控模块，基于神经网络的束流位置预判模块；所述扫描磁铁电流设定模块接收上位机发送的扫描数据文件并按照扫描数据对扫描磁铁电流进行设定以实现固定位置固定剂量的束流照射在目标靶体上，所述的扫描数据文件包括等中心平面处束流位置坐标设定值(x
set
,y
srt
)；所述局部位置实时监控模块对扫描磁铁的电流/电压值、磁铁内霍尔探头测量的磁场值、以及电离室的束流位置/剂量等数据进行实时监测；所述的基于神经网络的束流位置预判模块接收扫描磁铁电流设定模块、以及局部位置实时监控模块的信息，进行束流位置的预判。3.根据权利要求2所述一种笔形束扫描束流位置快速校正装置，其特征在于：所述基于神经网络预测模型的束流位置预测模块，包括局部位置误差判定模块、整体位置误差判定模块、调节决策模块；所述调节决策模块引入部位置误差判定结果、以及整体位置误差判定结果，当局部位置误差判定、整体位置误差判定，二者全部满足大于最小调节量且小于最大位置误差时，将这个误差作为等中心点处的位置误差，最终引入调节过程。4.根据权利要求3所述一种笔形束扫描束流位置快速校正装置，其特征在于：所述整体位置误差判定模块包括读取神经网络输入参数子模块、训练好的神经网络及参数子模块、整体位置误差判定子模块、接收扫描磁铁电流设定值子模块；所述读取神经网络输入参数子模块用于读取以下七个参数：束流能量E、安装在扫描铁上的霍尔探头测量到的两扫描铁的磁场值Bp_x和Bp_y、第一个电离室IC1监测到的束流位置坐标点IC1_x和IC1_y、第二个电离室IC2监测到的束流位置坐标IC2_x和IC2_y，这7个参数作为训练好的神经网络的输入层；所述训练好的神经网络及参数子模块读取神经网络输入参数子模块的7个参数，并接收学习阶段神经网络训练好的网络权值和阈值；所述整体位置误差判定子模块一方面根据训练好的神经网络输出的等中心平面处束流位置坐标预测值(x
iso
,y
iso
)，也即为神经网络的输出层、一方面根据接收扫描磁铁电流设定值子模块设定的等中心平面处束流位置设定值(x
set
,y
srt
)，从而最终计算出整体位置误差。5.根据权利要求1所述一种笔形束扫描束流位置快速校正装置，其特征在于：所述扫描控制器的调节决策模块针对束流位置预测模块计算出的对应在等中心点处的位置误差，然
后根据误差值控制快速校正磁铁的电源电流，进而对束流位置进行校正；每次输出...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄鹏，殷治国，汪洋，卢晓通，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：